서론
β-glucan은 고등식물의 세포벽, 곡물류의 씨앗, 균류 등에 존재하는 것으로[1, 2], 면역시스템(백혈구, 대식세포, 림프 구)에 관여하여 면역력을 증강시켜 암을 치료하는 효과와 콜레스테롤 저하와 지방과 당 대사에 긍정적인 영향을 주 는 것으로 알려져 있다[1].
표고의 렌티난(lentinan), 잎새버섯의 글리포란(grifolan), 느타리류의 플레우란(pleuran), 팽이버섯의 플라믈린(flam- mulin), 불로초의 Gl-1, 치마버섯의 시조필란(shizophylan), 구름버섯의 클레스틴(krestin) 등이 버섯류의 대표적인 β- glucan이다[1]. 표고의 렌티난은 β-1,3-D-glucan으로 면역 활성 및 항암효과가 있는 것으로 밝혀졌고, 위암 치료제로 활용되었다[3]. 또한 표고는 콜레스테롤 저하, 항바이러스 효과, 항종양 효과, 항산화 효과, 비타민 D 등 매우 많은 건 강 기능성들이 밝혀져 건강기능식품의 으뜸이라 할 수 있 다[4].
β-glucan은 식물에서 보리와 귀리에 높게 함유된 것으로 보고되고 있고[5], 수용성 β-glucan은 표고에 46%, 느타리 에 27%와 38%, 큰느타리에 17% [2], 꽃송이버섯에 43.5% [6] 포함되었다. 국내의 표고에는 β-glucan이 25~44%였다 [7]. 아울러 버섯류에서 β-glucan 함량을 높이고자 자외선 처리[8], 배지조성 변화[9], 엘리시터[10] 등이 연구되고 있 다. 그러나 수용성 β-glucan이 가장 높은 것으로 알려진 표 고의 β-glucan 함량을 높이고자 하는 연구는 찾아보기 어 렵다.
따라서 본 연구에서는 국내의 대표적인 임산물인 표고에 서 배지조성과 자실체 발생온도 조건에 따라 β-glucan 함량 에 어떤 차이가 있는가를 알아보고자 하였다. 이와 같은 결 과는 표고에서 β-glucan 함량을 높이고자 하는 연구를 하는 데 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
재료 및 방법
배지조성 및 버섯 생산성
실험에 사용한 균주는 국립산림과학원이 품종출원한 풍 년고 품종이다. 균주는 사용 전까지 감자한천배지에 배양 하여 냉장보관하였다. 톱밥배지의 조성은 참나무류 톱밥과 영양원(미강, 보리, 콩비지, 홍삼박)을 8:2(무게비율)로 혼합 하고 CaCl2 0.5% 첨가와 미첨가 배지로 하였다. 톱밥배지 는 배지수분을 65%로 조정하고, 2 kg 사각배지 형태로 만 들어 121 o C에서 90분간 고압살균하였다. 균 접종은 10반복 하였고, 22 o C로 설정한 배양실에서 120일간 배양하였다. 30일 간격으로 중량감소율을 조사혔으며, 90일 배양시점에 서 명배양으로 전환하였다. 배양이 완료된 배지는 수조에 24시간 침수한 후, 온도 18 ± 1 o C, 습도 90 ± 5%, 광300 Lux 내외로 조절한 버섯 발생실에서 생산성을 조사하였다.
온도 처리는 발생실의 온도를 저온(13~15 C), 중온(18~ 20oC), 고온(24~26o C)으로 설정하였다. 배지의 조성은 참나무류 톱밥에 영양원으로 미강을 사용하였고 실험은 생산성 검정과 같은 방법으로 하였다. 모든 버섯 생산성은 3차에 거쳐 수확한 결과로 나타냈다.
자실체의 베타글루칸(β-glucan) 함량 분석
β-glucan 분석용 버섯 시료는 위의 실험조건에서 생산된 것을 사용하였다. 버섯 시료는 55oC로 설정된 오븐(JP/ MOV-212F; Panasonic Healthcare, Tokyo, Japan)에서 수분 함량 4%로 건조한 다음 Lab blender (US/7010S; Waring Labs, Torrington, CT, USA)를 이용하여 100 mesh (3.0~ 5.0 mm diameter) 크기로 분쇄하였다. β-glucan 분석은 McClear와 Glennie-Holmes [11]의 효소적 방법에 따라 Megazyme β-glucan assay kit (K-YBGL; Megazyme, Wic- klow, Ireland)를 사용하여 측정하였다. 총 glucan 함량 측 정을 위해 시료는 100 mg을 시험관에 넣어 37% HCl 1.5 mL을 넣고 30 oC의 water bath에서 45분간 가수분해하였다. 각 시험관에 추가로 증류수 10 mL를 넣어 100 oC에서 2시 간 동안 가수분해하였다. 다음으로 2 M KOH를 10 mL씩 넣고, 200 mM sodium acetate buffer (pH 5.0)를 첨가하여 100 mL로 mass-up하여 충분히 섞어주었다. 다음, 상등액 0.1 mL에 200 mM sodium acetate buffer에 녹인 exo-1,3- β-glucanase와 β-glucosidase 혼합물 0.1 mL을 넣었다. Re- agent blank는 acetate buffer 0.2 mL을 넣고, D-glucose standard는 D-glucose standard 0.1 mL와 acetate buffer 0.1 mL을 넣고 40oC에서 60분 동안 가수분해하였다. Glucose oxidase/peroxidase mixture (GOPOD) 3 mL을 넣고 40oC에서 20분 동안 incubation 하였다. 총 glucan의 흡광도는 분광광도계(UVmini-1240; Shimadzu, Kyoto, Japan) 로 510 nm에서 측정하였다. α-glucan의 당 함량은 시료100 mg을 tube에 넣고 2 M KOH 2 mL씩 넣고 20분간 섞어주었다. 1.2 M sodium acetate buffer 8 mL을 넣어 혼합한 다음 amyloglucosidase와 invertase 혼합물 0.2 mL를 넣고 혼합하여 40oC water bath에서 30분간 가수분해하였다.상등액 0.1 mL에 200 mM sodium acetate buffer 0.1 mL,GOPOD reagent 3 mL를 넣어 40oC에서 20분간 반응시킨후 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. β-glucan 함량은 glucan 총 함량으로부터 α-glucan의 당 함량을 빼서 계산하였으며, 버섯 건조 중량의 백분율(w/w)로 표현하였다. 모든 측정은 3반복으로 하였고, 측정 결과는 SPSS ver. 18.0 통계 프로그램(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)으로 ANOVA 분석하였다. 모든 데이터는 평균 ± 표준 편차로 표현하였고 통계적 유의수준은 p < 0.05로 설정하였다.
결과 및 고찰
배지 영양원에 따른 배양특성 및 버섯 생산성
배지조성에 따른 중량감소율은 120일 배양 후 조사한 결 과, 배지 영양원으로 보리 + CaCl2 첨가배지 20.8%, 콩비 지 첨가배지 19.6%, 미강 + CaCl2 첨가배지 19%, 콩비지 + CaCl2 첨가배지 18.9%, 보리 첨가배지에서 18.6%, 미강, 홍 삼박 첨가배지에서 약 18%, 홍삼박 첨가배지 17.4% 순으로 나타났다. 미강과 보리 영양원의 경우 CaCl2 첨가했을 때 중량감소율이 높았으나 콩비지와 홍삼박의 경우 CaC2 미 첨가 배지의 중량감소율이 높았다(Fig. 1). 그러나 전체적으 로 통계적인 유의성은 나타나지 않았다.
Fig. 1
Weight loss rate of Lentinula edodes according to different supplements on sawdust cultivation after 120 days of inocula- tion. A1, rice bran; A2, rice bran + CaCl2; B1, barley flour; B-2, barley flour + CaCl2; C1, bean curd refuse; C2, bean curd refuse + CaCl2; D1, red ginseng refuse; D2, red ginseng refuse + CaCl2 (Duncan's multiple range test, p < 0.05, n = 4).
배지의 영양원에 따른 버섯 생산량은 184~391 g을 보였 다(Fig. 2). 영양원에 따른 버섯의 생산량은 중량감소율과 같은 경향성을 나타났다. 그러나 중량감소율만큼 버섯 생 산량의 비례 관계가 관찰되지 않아, 영양원의 종류가 버섯 생산량에 더 큰 영향을 주는 것을 알 수 있다. 또한 영양원 종류와 CaCl2 첨가 유무에 따라 버섯 생산량의 차이가 발 생해 영양원의 종류에 따라 CaCl2 첨가 유무를 결정해야 되는 것을 알 수 있었다. 한편, 홍삼박 첨가배지가 391 g으 로 가장 좋았다. 그리고 자실체는 다른 영양원 첨가배지에 서 생산된 자실체보다 단단하고 탄성이 더 높았다. 이런 특 성은 버섯의 유통기간을 늘리는데 일조할 수 있을 것으로 생각되며[12], 추후 정량적인 자료를 보완할 필요가 있다.
Fig. 2
Yields of fruiting bodies of Lentinula edodes according to different supplements on sawdust cultivation (fresh weight, g/2 kg medium). A1, rice bran; A2, rice bran + CaCl2; B1, barley flour; B2, barley flour + CaCl2; C1, bean curd refuse; C2, bean curd refuse + CaCl2; D1, red ginseng refuse; D2, red ginseng refuse + CaCl2 (Duncan's multiple range test, p < 0.05, n = 4).
자실체의 베타글루칸(β-glucan) 함량 분석
배지조성에 따른 차이
콩비지 + CaCl2 첨가배지를 제외한 영양원의 종류와 CaCl2 첨가 유무와 관계없이 β-glucan의 함량은 41% 내외 로 나타났다(Fig. 3). 콩비지 + CaCl2 첨가배지의 β-glucan 함량은 51.4%로 가장 높았다. 전반적으로 표고의 β-glucan 함량이 대체적으로 40% 내외였던 Bak 등[7]의 선행 연구 와 비슷한 결과였다. 콩비지와 CaCl2 첨가배지가 다른 처리 구에 비해 β-glucan 함량이 높게 나타난 것은 매우 독특한 특징으로 콩비지에서 β-glucan 함량을 높이는데 CaCl2의 역할에 대한 조사가 더 필요하다.
Fig. 3
β-glucan contents of fruiting bodies of Lentinula edodes according to different supplements on sawdust cultivation. A1, rice bran; A2, rice bran + CaCl2; B1, barley flour; B2, barley flour + CaCl2; C1, bean curd refuse; C2, bean curd refuse + CaCl2; D1, red ginseng refuse (Duncan's multiple range test, p < 0.05, n = 3).
발생온도 조건에 따른 변화
표고의 발생온도 조건에 따른 β-glucan 함량은 Fig. 4와 같다. β-glucan의 함량은 저온(13~15oC)에서 42.4%로 가장 높았고, 고온 처리구에서 낮았다. 사용한 품종은 고온성 품종에 해당하며, β-glucan 함량이 높은 표고를 생산하려면 저온 또는 중온 처리가 필요할 것으로 판단되었다. 꽃송이버섯의 경우 온도 처리에 의한 β-glucan 함량[8]은 저온(11oC) 처리 37.8%, 고온(26oC) 처리 32.8%, 대조군(20~22oC) 40.4%로 표고의 중온(18~20oC) 조건에서 높은 것을 알수 있다. 따라서 표고와 꽃송이버섯은 20oC 전후의 온도조건이 β-glucan 함량을 높게 생산하는 범위라고 할 수 있다.한편, Wang 등[13]은 노랑느타리의 수용성 다당류 생산에 서 25oC가 좋은 것으로 보고하였으나, 이는 버섯의 자실체와 균사체 배양조건의 차이로 인한 결과로 판단된다.
적요
표고는 항암활성과 면역활성을 촉진하는 렌티난이라는 β-glucan을 가진 식용버섯이다. 본 연구에서는 표고 톱밥재 배에서 배지의 영양원의 종류와 버섯 발생온도에 따른 표 고조직의 β-glucan 함량의 변화를 메가자임법으로 조사하 였다. 배지 중량이 감소하면서 버섯생산량은 증가하였지만, 이 생산량은 중량감소보다 영양원 종류에 더 크게 영향을 받았다. 콩비지 + CaCl2 처리구(50.4%)를 제외한 표고의 β-glucan 함량은 39.5~42.1% 범위였다. 자실체 발생 온도에 따른 β-glucan 함량은 발생온도 증가에 따라 반비례 관계 가 나타났고, 저온 발생조건에서 42.4%였다.
